Concentrazione di cibo e bevande
La concentrazione alimentare consiste nel rimuovere parte del solvente dagli alimenti liquidi per migliorarne la produzione, la conservazione e il trasporto. Può essere suddivisa in evaporazione e congelamento.
Concentrazione per evaporazione
L'evaporazione funziona sulla base delle differenze di volatilità tra soluto e solvente. Quando la volatilità del soluto nella soluzione è bassa e il solvente presenta una volatilità evidente, il solvente viene vaporizzato tramite riscaldamento per concentrare la soluzione. La soluzione alimentare da concentrare viene posta in un evaporatore e riscaldata da una fonte di calore esterna. All'aumentare della temperatura, il solvente (acqua) nella soluzione si converte in vapore, poiché il punto di ebollizione dell'acqua è relativamente basso e quindi è facile da vaporizzare.
Durante il processo di evaporazione, il vapore del solvente fuoriesce continuamente, mentre il soluto (come zucchero, proteine, minerali, vitamine, pigmenti e altri componenti non volatili o difficilmente volatili) rimane nella soluzione rimanente grazie al suo punto di ebollizione più elevato e alla minore volatilità. Il vapore del solvente evaporato viene quindi raccolto e raffreddato attraverso un condensatore per riconvertirlo in forma liquida. Questo processo può recuperare parte dell'energia e ridurre il consumo energetico. L'acqua condensata può essere riciclata o scaricata.
La soluzione originale viene concentrata in volumi più piccoli dopo evaporazione e condensazione, con l'aumentare della concentrazione del soluto. La soluzione alimentare concentrata può essere utilizzata per lavorazioni successive, come ulteriore essiccazione, produzione di caramelle, marmellate, succhi di frutta o come materia prima intermedia per la produzione alimentare.
I sistemi di evaporazione e concentrazione multistadio o multieffetto sono spesso utilizzati nella produzione industriale pratica. In base alle esigenze di specifici processi produttivi, la concentrazione degli alimenti deve essere misurata con precisione in tempo reale per garantire una qualità del prodotto stabile e migliorare l'efficienza della concentrazione. ContattiLonnmetro, un fornitore di misuratori di concentrazione online, per maggiori informazionimisuratore di concentrazione onlinesoluzioni.
Caratteristiche principali dell'evaporazione e della concentrazione
La temperatura e il tempo di riscaldamento devono essere considerati attentamente nell'evaporazione di alimenti e bevande. "Bassa temperatura e breve tempo" servono principalmente a garantire la massima qualità del cibo, mentre "alta temperatura e breve tempo" servono principalmente a migliorare l'efficienza produttiva.
Un riscaldamento eccessivo causa degenerazione, carbonizzazione e agglomerazione di proteine, zuccheri e pectine. Il materiale lavorato a stretto contatto con la superficie di scambio termico è soggetto a incrostazioni a temperature più elevate rispetto alla temperatura circostante. Una volta formate, le incrostazioni compromettono seriamente l'efficienza di scambio termico e possono persino causare problemi di sicurezza. La soluzione migliore per risolvere il problema delle incrostazioni è aumentare la velocità del liquido. L'esperienza ha dimostrato che l'aumento della velocità del liquido può ridurre significativamente la formazione di incrostazioni. Inoltre, è possibile adottare metodi anti-incrostazioni elettromagnetici e chimici per prevenire potenziali incrostazioni.
Viscosità
Molti alimenti contengono proteine, zuccheri, pectine e altri ingredienti ad alta viscosità. Durante il processo di evaporazione, la viscosità della soluzione aumenta con la concentrazione, al diminuire della fluidità, ostacolando significativamente la conduzione del calore. Pertanto, per l'evaporazione di prodotti viscosi, si adottano generalmente metodi di circolazione o agitazione forzata da una forza esterna.
Schiumosità
Gli alimenti con più proteine hanno una maggiore tensione superficiale. Durante l'evaporazione e l'ebollizione, si formano schiume sempre più stabili, che causano facilmente l'ingresso del liquido nel condensatore insieme al vapore, causandone la dispersione. La formazione di schiuma è correlata alla tensione interfacciale. La tensione interfacciale si verifica tra vapore, liquido surriscaldato e solidi sospesi, e i solidi svolgono un ruolo fondamentale nella formazione di schiuma. In generale, i tensioattivi possono essere utilizzati per controllare la formazione di schiuma e vari dispositivi meccanici possono essere utilizzati anche per eliminarla.
Corrosività
Alcuni alimenti acidi, come i succhi di verdura e di frutta, sono soggetti a corrosione dell'evaporatore durante l'evaporazione e la concentrazione. Per gli alimenti, anche una lieve corrosione causa spesso una contaminazione che rende il prodotto non idoneo. Pertanto, l'evaporatore utilizzato per alimenti acidi deve essere realizzato con materiali resistenti alla corrosione e termicamente conduttivi, e la struttura deve essere facile da sostituire. Ad esempio, per la concentrazione di soluzioni di acido citrico si possono utilizzare tubi di riscaldamento in grafite impermeabili o evaporatori sandwich in smalto resistente agli acidi.
Componenti volatili Molti alimenti liquidi contengono componenti aromatici e saporiti, che sono più volatili dell'acqua. Quando il liquido evapora, questi componenti fuoriescono insieme al vapore, compromettendo la qualità del prodotto concentrato. Sebbene la concentrazione a bassa temperatura possa ridurre la perdita di componenti aromatici, un metodo più efficace consiste nell'adottare misure di recupero e aggiungerli al prodotto dopo il recupero.
Concentrazione di congelamento
Le materie prime alimentari liquide (come succhi, latticini o altre soluzioni contenenti una grande quantità di acqua) vengono raffreddate a bassa temperatura. Quando la temperatura scende al di sotto del punto di congelamento, le molecole d'acqua nella soluzione precipiteranno sotto forma di cristalli di ghiaccio. Questo perché l'acqua raggiunge l'equilibrio solido-liquido a una temperatura e pressione specifiche. Al di sotto di questa temperatura, l'acqua libera in eccesso congela per prima, mentre i soluti (come zuccheri, acidi organici, pigmenti, aromi, ecc.) non sono facilmente congelabili con l'acqua a causa della diversa solubilità, ma rimangono nel concentrato non congelato.
Separazione dei cristalli di ghiaccio
I cristalli di ghiaccio formati vengono separati dal concentrato mediante centrifugazione, filtrazione o altri metodi fisici. Questo processo non prevede l'evaporazione dei soluti, prevenendo efficacemente la degradazione degli ingredienti sensibili al calore e la perdita di aroma. Il concentrato ottenuto dopo la separazione dei cristalli di ghiaccio è il prodotto congelato, che presenta una concentrazione di soluti significativamente più elevata rispetto alla soluzione originale, pur mantenendo al massimo il colore, il sapore, il valore nutrizionale e l'aroma originali dell'alimento.
Controllo delle condizioni di congelamento
Durante il processo di crioconcentrazione, fattori come la velocità, la temperatura e il tempo di congelamento devono essere controllati con precisione per ottimizzare le dimensioni, la morfologia e la separazione dei cristalli di ghiaccio dal concentrato, garantendo così la qualità del prodotto finale. La tecnologia di crioconcentrazione è particolarmente adatta per alimenti e bevande sensibili al calore, come succhi di frutta e verdura freschi, prodotti biologici, prodotti farmaceutici e condimenti di alta qualità. Può massimizzare la qualità naturale delle materie prime e vanta caratteristiche di risparmio energetico ed elevata efficienza. Tuttavia, questo metodo presenta anche alcune limitazioni. Ad esempio, il processo di concentrazione non può essere sterilizzato efficacemente e potrebbe richiedere un ulteriore trattamento di sterilizzazione. Inoltre, per alcune soluzioni ad alta viscosità o contenenti ingredienti speciali, la difficoltà di separazione dei cristalli di ghiaccio dal concentrato può aumentare, con conseguente riduzione dell'efficienza di concentrazione e aumento dei costi.
Data di pubblicazione: 13 febbraio 2025
